主頁 > 技術(shù)文章 > 流化床干燥實驗裝置使用說明書 2024-08-15

流化床干燥實驗裝置使用說明書

一、概述
熱空氣由多孔分布板底部送入，經(jīng)多孔板而均勻分布并與板上的濕物料顆粒直接接觸。當(dāng)氣速較低時，顆粒層不動，熱氣流從顆粒層的縫隙中通過，這樣的顆粒層稱為固定床。當(dāng)氣速增加至一定程度時，顆粒層開始松動，當(dāng)氣速再增加運載某個數(shù)值時，顆粒將懸浮于上升的熱氣流中。此時的床層稱為流化床。
流化狀態(tài)下顆粒在熱氣流中上下翻動，相互碰撞、混合，氣-固兩相間充分接觸實現(xiàn)熱、質(zhì)傳遞，固體物料被干燥。夾帶有部分物料小顆粒的廢氣由頂部排出，經(jīng)旋風(fēng)分離器進(jìn)行回收。達(dá)到預(yù)期干燥要求后，減少氣速固體物料顆粒重新落下，并從出料管卸出。
流化狀態(tài)下，氣-兩相間接觸面積大，傳熱、傳質(zhì)速率高。與氣流干燥相比，流化干燥器內(nèi)物料停留時間長，而且可任意調(diào)節(jié)，產(chǎn)品的最綜含水量可降的很低；操作時熱空氣的流速較小，物料磨損小，廢氣中粉塵含量少，容易收集，操作費用小，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。流化床干燥器結(jié)構(gòu)簡單，造價低，活動部件少，操作維修方便。
二、實驗?zāi)康?/strong>
1.掌握物料干燥速率曲線的測定方法。
2.了解和掌握干燥操作的物料衡算、熱量衡算及體積對流傳熱系數(shù)的估算方法。
3.了解氣固旋風(fēng)分離的工作原理。
三、實驗裝置外型圖

四、實驗主要技術(shù)參數(shù)
1.該實驗裝置主要由空氣旋渦泵、加熱箱、流化床體、集塵器、加料斗、旋風(fēng)分離、U型壓差計（2根）、孔板流量計、電控箱等部件組成。
2.空氣旋渦泵為HG-1100型，功率為1.5Kw；風(fēng)壓為22KPa；風(fēng)量為180m³/min。
3.U型壓差計：是測量流化床的總塔壓差，另一壓差計是測量孔板流量計。
4.電控箱：在電控箱上裝由智能溫度儀表，測量固體物料進(jìn)出口溫度，電源開關(guān)、風(fēng)機開關(guān)、按下開關(guān)旋鈕對應(yīng)的工作開始進(jìn)行。
五、實驗原理
1.干燥速率曲線
若將濕物料置于一定的干燥條件下，例如一定的溫度、濕度和速度的空氣流中，測定被干燥物料的質(zhì)量和溫度隨時間的變化關(guān)系，則得一曲線，即物料含水量-時間曲線。干燥過程分為三個階段：1）物料預(yù)熱階段；2）恒速干燥階段；3）降速干燥階段，空氣中部分熱量用來加熱物料，故物料含水量隨時間變化不大。由于物料表面存在自由水分，物料表面溫度等于濕球溫度t_w，傳入熱量只用來蒸發(fā)物料表面的水分，物料含水量隨時間成比例減少，干燥速率恒定且較大。到了第三階段，物料中含量減少到某一臨界含水量時，由于物料內(nèi)部水分的擴散慢于物料表面的蒸發(fā)，不足以維持物料表面潤濕，則物料表面將形成干區(qū)，干燥速率開始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲線逐漸達(dá)到平衡含水量X^*而終止在降速階段，隨著水分汽化量的減少，傳入的濕熱較汽化帶出的潛熱為多，熱空氣部分熱量用于加熱物料。物料溫度開始上升，2）與3）交點處的含水量稱為物料的臨界含水量X_c。
干燥速率曲線只能通過實驗測得，因為干燥速率不僅取決于空氣的性質(zhì)和操作條件，而還受物料性質(zhì)結(jié)構(gòu)以及所含水分性質(zhì)的影響。
干燥速率U為單位時間在單位干燥面積上汽化的水分量m（H₂O），單位為kg/(m².s）。用微分式表示為

式中U-干燥速率kg/(m².s）；
A-干燥面積，m²；
τ-相應(yīng)的干燥時間，s；
m（H₂O）-汽化水分量，kg;
物料的平均含水量：

式中X^*-某干燥速率下物料的平均水量，kg;
m_濕,m_濕（i+1）-分別為時間間隔內(nèi)開始和終了時濕產(chǎn)物量，kg；
m_干-濕物料中絕干物料的量，kg；
2.傳質(zhì)系數(shù)的求取
1）恒速階段恒速干燥階段的干燥速率U僅由外部干燥條件決定，物料表面溫度近于空氣濕球溫度t_w。在恒定的干燥條件下，物料表面與空氣之間的傳熱和傳質(zhì)速率分別用于下式表示

式中：Q-空氣傳給物料的熱量，KJ；
τ-干燥時間，s；
A-干燥面積，m²；
α-空氣至物料表面的傳熱膜系數(shù)，
t–空氣溫度，K；
t_w-濕物料表面溫度（即空氣的濕球溫度），K；
m（H₂O）-由物料汽化至空氣的水分量，kg；
K_H-以濕度差為推動力的傳質(zhì)系數(shù)，kg/（m²）;
H-空氣的濕度，kg(水)/kg（干氣）；
2）降速階段降速干燥階段中干燥速率曲線的形狀隨物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及所含水分性質(zhì)不同而不同，因而干燥曲線只能通過實驗得到，降速階段干燥時間的計算可以根據(jù)速率曲線數(shù)據(jù)解求得，當(dāng)降速階段的干燥速率近似看作與物料的自由水量X-X^*成正比時，干燥速率曲線簡化為直線。

K_X=U/（X-X^*）
式中K_X-以含水量差為推動力的比例系數(shù)，kg/(m²);
U-物料含水量為X時的干燥速率，kg/(m²);
X-在τ時的物料含水量，kg/kg(干料)；
X^*-物料的平衡含水量X_C對于干燥裝置的設(shè)計十分重要，不僅對于計算干燥速率、干燥時間以及干燥器的尺寸必不可少，而且由于影響階段干燥速率的因素不同，因而確定X_C值對于如何強化具體干燥過程也具有重要的意義。
六、實驗步驟
1.稱取已準(zhǔn)備好的固體物料。用快速水分測定儀測定其濕基含水量ω₁。
2.稱取已準(zhǔn)備好的固體物料，倒入加料斗中，并準(zhǔn)備好出料接收瓶。
3.打開風(fēng)機開關(guān)，調(diào)節(jié)進(jìn)料空氣流量調(diào)節(jié)閥。
4.打開加熱開關(guān)，調(diào)節(jié)電流的大小，以預(yù)熱空氣。
5.待空氣進(jìn)口溫度升至60℃和出口溫度基本穩(wěn)定時，記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。
七、實驗流程圖

八、實驗數(shù)據(jù)處理
基本參數(shù)：試樣絕干質(zhì)量m_干kg
開始時濕試樣質(zhì)量m_濕kg
記錄及結(jié)果

序號濕試樣量m_濕時間間隔濕物料平均含水量X_平干燥速率U

1

2

九、注意事項
1.實驗前要弄清楚應(yīng)記錄的數(shù)據(jù)，正確測取進(jìn)、出料濕含量的數(shù)值。
2.注意節(jié)約使用物料，并嚴(yán)格控制加水量，加水量絕不能過大。由于存在物料粉末，部分可能被帶出進(jìn)入旋風(fēng)分離器。
附：設(shè)備電器原理圖：

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